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    Peignes de fréquence à la limite quantique

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    La mĂ©trologie de haute prĂ©cision est une application des peignes de frĂ©quences optiques. Typiquement, la sensibilitĂ© de mesure est limitĂ©e par le bruit classique des propriĂ©tĂ©s des peignes. Leur bruit d'amplitude et de phase a Ă©tĂ© largement Ă©tudiĂ© et jusqu'Ă  prĂ©sent. Pourtant, uniquement des bandes latĂ©rales de bruit proche de la porteuse ont Ă©tĂ© caractĂ©risĂ©es pour des frĂ©quences individuelles et le champs moyen.Cette thĂšse dĂ©veloppe des mĂ©thodes de caractĂ©risation de bruit d'amplitude et phase Ă  la limite quantique. A cette fin, une cavitĂ© passive et large bande est dĂ©veloppĂ©e. Elle filtre et inter-convertit les bruits d'amplitude et phase. L'analyse de son signal Ă  l'aide d'une dĂ©tection homodyne permet la mesure du bruit de phase avec une sensibilitĂ© Ă  la limite quantique. L'application d'un façonnage des impulsions ultra brĂšves rend possible la mesure des corrĂ©lations spectrales du bruit. Tout en Ă©tant reprĂ©sentĂ©s par des matrices de covariance, l'ensemble des corrĂ©lations du bruit sur le spectre optique d'un oscillateur Ti:Sapph est caractĂ©risĂ©.Les corrĂ©lations mesurĂ©es montrent des structures spectrales, dites " modes ", qui sont en accord avec la prĂ©diction thĂ©orique. Ce concept apparait comme analogue au formalisme dĂ©crivant des systĂšmes multi-partites en optique quantique. Il est par consĂ©quent aussi un moyen de description de bruit classique. La connaissance des modes intrinsĂšques du bruit est susceptible de mener Ă  une amĂ©lioration de la prĂ©cision de mesures avec des peignes de frĂ©quences optiques.Precision metrology is one application of optical frequency combs. Classical noise in their properties typically limits achievable measurement sensitivity. Amplitude and phase noise in optical frequency combs have already been studied extensively. So far, noise sidebands close to the carrier of either individual optical frequencies or of the mean field were considered. This thesis develops methods to precisely characterize amplitude and phase noise down to the quantum limit. To this aim a transmissive, broadband passive cavity is developed. It filters and inter-converts amplitude and phase noise. The analysis of its signal by the use of homodyne detection provides a quantum limited measurement of phase noise. The application of ultrafast pulse shaping enables the measurement of the spectral correlations of amplitude and phase noise. Being represented by the use of covariance matrices, the entire noise correlations over the optical spectrum are characterized on the example of a Ti:Sapph oscillator. The measured noise correlations exhibit spectral structures, so-called “modes”. Their shape matches with the theoretical prediction. This concept known from multi-partite optical quantum systems is consequently applicable to classical noise in frequency combs. The knowledge of the intrinsic noise modes is likely provide an improvement of precision metrology experiments with combs

    Peignes de fréquence a la limite quantique

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    Precision metrology is one application of optical frequency combs. Classical noise in their properties typically limits achievable measurement sensitivity. Amplitude and phase noise in optical frequency combs have already been studied extensively. So far, noise sidebands close to the carrier of either individual optical frequencies or of the mean field have been considered. This thesis develops methods to precisely characterize amplitude and phase noise down to the quantum limit. To this aim a transmissive, broadband passive cavity is developed. It filters and inter-converts amplitude and phase noise. The analysis of its signal by the use of homodyne detection provides a quantum limited measurement of phase noise. The application of ultrafast pulse shaping enables the measurement of the spectral correlations of amplitude and phase noise. Being represented by the use of covariance matrices, the entire noise correlations over the optical spectrum are characterized on the example of a Ti:Sapph oscillator. The measured noise correlations exhibit spectral structures, so-called modes. Their shape matches with the theoretical prediction. This concept known from multi-partite optical quantum systems is consequently applicable to classical noise in frequency combs. The knowledge of the intrinsic noise modes is likely provide an improvement of precision metrology experiments with combs.La mĂ©trologie de haute prĂ©cision est une application des peignes de frĂ©quences optiques. Typiquement, la sensibilitĂ© de mesure est limitĂ©e par le bruit classique des propriĂ©tĂ©s des peignes. Leur bruit d’amplitude et de phase a Ă©tĂ© largement Ă©tudiĂ© et jusqu’à prĂ©sent. Pourtant, uniquement des bandes latĂ©rales de bruit proche de la porteuse ont Ă©tĂ© caractĂ©risĂ©es pour des frĂ©quences individuelles et le champ moyen. Cette thĂšse dĂ©veloppe des mĂ©thodes de caractĂ©risation de bruit d’amplitude et phase Ă  la limite quantique. A cette fin, une cavitĂ© passive et large bande estdĂ©veloppĂ©e. Elle filtre et inter-convertit les bruits d’amplitude et phase. L’analyse de son signal Ă  l’aide d’une dĂ©tection homodyne permet la mesure du bruit de phase d’un peigne avec une sensibilitĂ© Ă  la limite quantique. L’application d’un faconnage des impulsions ultra brĂšves rend possible la mesure des corrĂ©lations spectrales du bruit. Tout en Ă©tant reprĂ©sentĂ©s par des matrices de covariance, l’ensemble des corrĂ©lations du bruit sur le spectre optique d’un oscillateur Ti:Sapph est caractĂ©risĂ©. Les corrĂ©lations mesurĂ©es montrent des structures spectrales, dites modes, quisont en accord avec la prĂ©diction thĂ©orique. Ce concept apparait comme analogue au formalisme dĂ©crivant des systĂšmes multi-partites en optique quantique. Il est par consĂ©quent aussi un moyen de description de bruit classique. La connaissance des modes intrinsĂšques du bruit est susceptible de mener Ă  une amĂ©lioration de la prĂ©cision de mesures avec des peignes de frĂ©quences optiques
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